20. Лучистый теплообмен. Уравнение Стефана-Больцмана.

Лучистый теплообмен – перенос тепла путем электромагнитных волн, длина волны 0.8-400мк – инфокр. излучение.

Особенность – двойное преобразование энергии: тело, которое излучает тепловую энергию-эта энергия превращается в лучистую, а затем луч. энергия преобраз. в тепловую.

Лучистый теплообмен происх. благодаря тому, что внутри тела происх. сложные физико-хим. процессы. Он явл. процессом взаимного облучения разнонагретых тел. Из этого следует, что всегда в природе идет непрерывное взаимное облучение. При наличии разности темп-р.

[Е=Е_А+Е_R+Е_Д]/Е, тогда 1=А+R+Д, где А-поглощательная способность тела; R- отрожательная; Д-пропускательная сп-ть.

Если А = 1 (т.е. R=D=Q), то тело полностью погло­щает все падающие на него тепловые лучи и называется абсолютно черным. Абсолютно черных тел в природе нет (А<1). Свойствами, близкими к абсолютно черному телу, обладают нефтяная сажа. Если R =1 (т.е. A=D=0), то тело полностью отра­жает падающие на него тепловые лучи. Такое тело на­зывается зеркальным (если отражение правильное, не рассеянное) либо абсолютно белым (если отражение рассеянное — диффузное). - золото, медь. Если D =1 (т.е. A=R=0), то тело пропускает че­рез себя все падающие на него лучи. Такое тело называ­емся абсолютно проницаемым (прозрачным), или диатермичным.

З-н Стефана-Больцмана Е₀=С₀(Т/100)⁴ [Вт/м²], где Е₀- кол-во излучаемой энергии абс. черным телом; С₀-коэфф. излучения абс. черным телом 5,68Вт/м²К⁴; Так как абс. черных тел нету, учитывается степень черноты тела-а. Е=аЕ₀; Е=а С₀(Т/100)⁴. Величина степени черноты а зависит от природы тела, температуры и состояния его поверх­ности (гладкая или шероховатая).

Ур-е Стефана-Больцмана для абсолютного тела:

Ур-е Стефана-Больцмана для реальных серых тел:

Ур-е Стефана-Больцмана для реального тела:

Т1>Т2.

Со- коэфф. излучения абс. черным телом 5,68Вт/м²К⁴

21. Закон Кирхгофа, Ламберта.

З-н Кирхгофа. По закону Кирхгофа отноше­ние излучательной способности тела Е к его поглощательной способности А для всех тел одинаково и равно излучательной способности абсолютно черного тела Е₀ при той же температуре и зависит только от температу­ры, т. е. Е/А=Е₀=f(T). Так как Е/Е₀ = а, то для всех серых тел А=а, т.е. поглощательная способность тела численно равна степени его черноты.

Рассмотрим случай теплообмена излучением между 2 стенками, имеющими большую повех-ть и расположенными параллельно на небольшом расстоянии одна от другой, т.е. так, что излучение каждой стенки полностью попадает на противоположную.

П усть температуры поверх-ти стенок постоянно поддерживаются Т1 и Т2, причем Т1>Т2, а коэф-ты поглощения стенок равны соотв. А1 и А2, причем А1=а1, А=а2, т.е. коэф-ты поглощения и степени черноты соотв. равны. для этого на основании з-на Стефана-Больцмана получим:

(1)

Спр-приведенный коэф-т излучения, Вт/м2*К.

Здесь С1 и С2 – константы излучения тел, между которыми происходит процесс лучистого теплообмена.

Ур-е (1) можно использовать для расчета теплообмена, одно из которых имеет выпуклую форму и окружено поверх\тью другого, т.е. нах. в замкнутом пространстве. Тогда:

;F1,F2-поверхности 1 и 2-го тел, участвующие в лучистом теплообмене.

При произвольном расположении тел,между которыми происходит теплообменизлучением Е1-2, расч ф-ла прмет вид:

В данном случае Спр=С1*С2/Со, а коэф-т фи (так наз. Угловой коэф-т или коэф-т облучения)- величина безразмерная , зависящая от взаимного расположения, формы и размеров поверх-тей и показывающая долю лучистого потока, которая падает на F2 от всего потока, отдаваемого F1 лучеиспусканием.

З-н Ламберта - определяет зависи­мость излучаемой телом энергии от ее направления. Е_φ=Е₀∙cosφ. Е₀- количество энергии, излучаемое по нормали к по­верхности; Е_φ- количество энергии, излучаемое по направлению, образующему угол φ с нормалью, то по з-ну Ламберта:

Т.о., з-н Ламберта определяет зависимость излучаемой телом энергии от ее направления.